用於重新啟動含高屈服應力值流體管線的方法及其裝置的製作方法

2023-08-07 21:00:31

專利名稱：用於重新啟動含高屈服應力值流體管線的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於長距離輸送流體產物的管線，特別是輸送在長時間中止後表面出結構行為的流體。這種常用的名稱涉及在不流動時發生的現象，由於表面的分子間吸引力趨向於在所述流體的分子之間產生暫時的結合力，引起所述流體的粘度和密度增加，甚至可以達到完全結構狀態，所述流體可能很難被移動以恢復管線的操作。
本發明的主題是一種用於重新啟動這種流體用輸送管線的操作。在這些情況下，當人們想重新啟動管線的操作時，為了破壞流動中止時形成的分子間的結合力，以及瓦解所形成的分子間結構，必須施加相當大的壓力，促進流體的流動，直至流體恢復其原始流動特性。
利用流變學術語，按照通用的命名，這些流體的特性用「屈服應力」來表示，並且可以描述它們的狀態方程，下列方程初步近似描述其狀態a)τ＝τ0+μγ (Bingham's流體)b)τ＝τ0+kγn(Herschel-Buckley's流體)其中τ和τO分別是在運動和靜止狀態下的剪應力，用Pa表示，γ為剪切速率，用sec-1表示，k為稠度指度，用Pa·Sn表示，μ為塑性粘度，用Pa·S表示，和n為流動指數。
靜止狀態下的剪應力τO通常稱為「屈服應力」，用N/m2表示。
此外，這些流體的重新啟動由於觸度性，即，取決於流動停止的時間，而進一步複雜化。事實上，隨著時間的繼續，屈服應力值可達到初始值的10倍以上。
對於帶有高含量的直鏈烷烴組分，即烷烴石蠟的原油，當它們被冷卻到接近它們的傾點的溫度，一般接近於0℃時，或對於高煤含量的煤水的混合物，當使用非常高級的活性煤時出現這些特性是典型的。
在帶有高含量的石蠟組分的原油的情況下，可以通過降低它們的屈服應力值來消除或減少由所述原油的這些特性帶來的缺陷，例如，通過使用稱為「傾點抑制劑」的適當的添加劑，或通過將原油與低粘度烴組分混合，或通過使管線絕熱和/或加熱來使流體加熱並在高溫下完成泵送。這些措施還可以相互結合。
這些補救辦法導致運轉費用負擔難以承受，這是考慮到油的管線運輸所需的流速，和在加熱管線的情況下還考慮到所需的投資費用造成的。除此以外，設想加熱流體的解決辦法還面臨著加熱系統的失靈和故障。在任何情況下，長時間中止後，在充滿含石蠟原油以前，必須通過使一種熱流體在管線內流動，用一種牛頓流體(汽油、煤油之類)置換管線內的靜態流體並使管線預熱。
在水一煤混合物的情況下，這些補救措施是不適用的，因為這樣的混合物的τO對溫度極不敏感，這相對於τO在靜態下隨著時間的推移的增加而言的。
通常，重新啟動帶有在管線內部的結構流體的管線操作，要求壓力值為它們正常操作壓力的3至5倍。為舉例說明的目的，這意味著在正常的操作條件下，一種工業管線將以80bar(8·106Pa)的輸送壓力操作，而重新啟動的操作壓力可能達由240至400bar(24-40·106Pa)的範圍內的值。由上可見，設計用於在它的重新啟動壓力下操作的整個輸送系統(即泵送站和管線)在技術上和經濟上將是不可行的。
為了消除重新啟動的操作困難，過去還提出除了值得重視的熱絕緣外，提供一種帶有天然氣進料的重新啟動輔助系統的處於冷態範圍的油管線。該系統使主要管線細分成獨立的部分(「延伸段」Stretches)，和在它側面設置一種用於輸送高壓天然氣的供應管線成為可能。通過用加壓甲烷從下遊管段開始逐漸處理越來越上遊的管段，逐段推動結構的流體來進行主要管路內的堵塞物的去除。這種技術方案導致投資費用負擔過重，而且還需要供應天然氣。此外還存在問題，管線內的混合相導致控制非常困難，特別是在末端和在沿管線設置的泵送站處。
因此，按照本領域的現狀，具有高屈服應力值的原油的輸送需要採用上述難於負擔的設計。
本發明的主題是一種用於重新啟動高屈服應力流體所流經的管線的操作，而不會出現上述缺陷，並在幾天內恢復管線的正常操作狀態的方法和裝置。參照附

圖1描述本發明，附圖1公開了一種典型的實施例，是為舉例說明而無限制目的。
該輸送系統的設計尺寸取決於與穩狀操作條件有關的參數，所述系統是由起始和到達終端、管線、控制閥、壓力波衰減閥，和用於單個的管段的泵送站構成的，所說泵站設置量和位置根據考慮到管線的長度和高程分布來確定。根據本發明，沿著相鄰的泵送站之間的管線部分延伸段，設置一組重新啟動站，根據較短的延伸段布置。每個重新啟動站主要由一個泵和一定存貯量的重新啟動液體構成，每個重新啟動站在比為重新啟動整個管線的操作所需的流速和壓力條件低的條件下操作。每個重新啟動站如此設計和定尺寸以產生基本上等於管線的設計穩態壓力的壓力，而且該壓力能夠置換和破壞含在管線內的穩態的流體並能重新沿預定用的兩重新啟動站之間的短的管線延伸段流動。
以這種方式確定每個重新啟動站所用的管線延伸段的長度，即使應用的壓力稍高於基於屈服應力值所需的壓力，一般高5-10%。事實上，藉助於實驗可發現，一般當含石蠟的原油所受的剪應力高於屈服應力值時，它們在幾小時的時間間隔內重新得到它們的流動性，而且如果它們所受到的剪應力大於屈服應力值時是在低剪率值(如在0.3S-1)下。基於該標準，使得在幾天的時間內沿整個管線重新得到正常的流動性成為可能，所述流動性是通過從輸送系統的端部下遊延伸段開始，並逐漸向上遊移動來獲得的。相對於基於完全置換管線內的結構流體的技術該方法降低了重新啟動時間和費用，前者需要長得多的時間。
每個單獨的重新啟動站的流速可以比管線的額定操作流速小得多，並且所述流速的選擇與為在主管內開始並產生正常的流速所必須的流速和所希望的時間有關。
實際上，令人驚奇地發現將所述重新啟動壓力施加到流動中止後的管線內靜態流體上持續必要的時間以置換延伸段內一小部分該靜態流體，便足以使靜態流體的結構消除，而且足以藉助於正常的泵送站重新開始輸送。
這樣的置換部分不超過(為表示目的)含在成問題的延伸段內的體積的10～20%的值，而且取決於所述流體的性質，所述置換後，恢復正常的流動狀態，並重新開始管線的正常的操作。
在水-煤混合物的情況下，用於重新啟動管線操作的液體(「重新啟動流體」)可以簡單地由水或水-煤混合物組成，而在輸送重質原油的情況下，所述重新啟動流體可以由輕油餾分如汽油和煤油構成，所述流體還可與其它物料一起用作驅動重新啟動泵的Diesel(柴油)發動機的進料，這樣提供了能量充沛地自給自足的重新啟動站。當就地可得到電能時，電能可供給重新啟動站。重新啟動流體被貯存在每個重新啟動站的貯罐內，而且可以藉助於同一主管線或分別由運輸車隨時批量輸送。
按照本發明的方法，當沿整個管線出現緊急情況和輸送的流體堵塞時，從終點站開始，向後移動，重新啟動管線的操作。換句話說，首先重新啟動含於最後一個重新啟動站和到達終端之間的管線延伸段，然後，以不間斷的順序重新啟動最接近的上遊延伸段，並繼續下去，啟動後續上遊段，直至達到起始終端。
重新啟動操作的繁瑣性很大程度上取決於所輸送的流體的性質;僅為說明起見，在相鄰的重新啟動站連續地完成的重新啟動操作之間經過的時間間隔包括在從10至20小時的範圍內。
當管線內所有的流體重新開始運動時，既使借重新啟動站進行有限的置換，(所述啟動站的操作流速低於管線的正常流速)則流體的結構基本消除，恢復正常的流體動態特性。在管線的第一延伸段消除阻塞後，還可逐漸重新開始主泵送站的操作。
按照本發明的方法，得到比現有技術多得多的優點，其中，下述特徵值得特別注意。
考慮到一般用於工業管線所設計的流速值，則每年需要購買、處理和計量成千上萬噸的傾佔抑制劑或流態化產品，而按照本發明不再需要使用這些產品。
不需要用於熱絕緣和加熱流體和/或管線的操作費用和投資。
關於重新啟動站的尺寸和結構，重新啟動站比主泵送站小得多，而且設立和操作較簡單，它們建立適度地增加必需的投資費用，而且它們的操作費用是微不足道的。實際上，它們的使用時間很短，而且僅在緊急情況出現的時候使用，並在正常操作期間暫停不用和只需要定期維修。本發明的一個有趣的特徵在於不必有儲備裝置，因為重新啟動站只用於緊急情況並且持續時間短和僅僅幾次，正常的定期維修使泵保持在正常的工作狀態成為可能。
實施例本發明用於中華人民共和國(people(原文是popular)Republic of china.)的Kurla-Shan Shan原油管線，示於圖1。
與該輸送裝置有關的主要數據如下。
-流體的種類含有7%石蠟原油，傾點為-2℃。
-額定流速1千萬噸/年，等於1，380m3/hr。
-直徑26英寸。
-長度491Km。
沿管線設置兩主要泵送站，分別在OKm和148.4Km處，具有下述特徵-泵數2個操作泵+1個儲備泵，平行連接;
-泵型由一個可變轉速的電動馬達驅動的臥式離心泵;
-每小時流量690m3/hr每個泵;
-輸送壓力72bar表壓(7.2·106Pa);
-設置功率2，200KW/泵，和6，600KW/站。
按照本發明，沿管線設置十個重新啟動站，分別在0、56、100、148.4、185、240、332.8、380、425、460Km處。
每個重新啟動站可以100m3/hr的流速，包括40至100bar表壓(4-10·106Pa)範圍內的輸送壓力來輸送流體，而且包括-容積為2，000m3的地下混凝土油罐，以貯存重新啟動的流體，如汽油。所述汽油用同一管線輸送，並用作設置在站中的發動機的供料。在此可以注意到可由每個重新啟動站得到的貯存的流體總量與含於管線內的流體的置換量相當，所述置換僅涉及6Km的距離，遠短於由每個重新啟動站加注，單獨的管線延伸段的長度。
-一個內燃機驅動的吸入貯存流體的立式離心泵，該泵從地下貯罐吸入重新啟動流體並將它供給重新啟動泵;
-一個主要的、內燃機驅動的重新啟動往復泵，它將重新啟動壓力施加到出問題的管線延伸段上，設置的功率為300KW。
該站從設計的觀點看是非常簡單的，是易於設立的，並裝有用於操作和控制所述機構的正規儀器，而且如果需要，還可手動操作。
權利要求
1.用於重新啟動含有非常高的屈服應力值流體的輸送管線的操作方法，其特徵在於所述重新啟動操作是恢復該流體的正常的流動性，和所述重新啟動的實現是靠沿同一管線分布的一組重新啟動站將一種輔助的重新啟動液體充入管線中，其流速低於管線的正常操作流速，而且壓力基本上在管線壓力的設計範圍內，以使靜態流體產生運動，運動長度不長於由每個重新啟動站加注的單個的管線延伸段的長度的20%。
2.按照權利要求1的用於重新啟動含有非常高的屈服應力值流體輸送管線的操作方法，其特徵在於所述重新啟動是通過反向操作實現的，從末端到達站開始，首先重新啟動包括在最後一個重新啟動站和到達末端之間的延伸段的操作，然後以不間斷的順序，重新啟動後續上遊的延伸段的操作，直至到達起始端，當管線內的全部流體的運動已經恢復後，管線重新開始正常的操作。
3.按照權利要求2的用於重新啟動含有非常高的屈服應力值流體的輸送管線的操作方法，其特徵在於在相鄰的重新啟動站的連續啟動之間經過的時間間隔在從10至20小時的範圍內。
4.按照權利要求1至3的一個或多個的用於重新啟動含有非常高屈服應力值的重油餾分輸送管線操作的方法，其特徵在於所述重新啟動是通過使用一種輕油餾分如汽油或煤油作為輔助的重新啟動流體來實現。
5.按照權利要求1至3的一個或多個的用於重新啟動含有非常高屈服應力值的水-煤混合物輸送管線的操作方法，其特徵在於所述重新啟動是通過使用水作為輔助的重新啟動流體來實現。
6.按照權利要求1至2的用於重新啟動含有非常高屈服應力值的水-煤混合物輸送管線的操作方法，其特徵在於所述重新啟動是通過使用水-煤混合物作為重新啟動輔助流體來實現。
7.用於實施按照權利要求1至6的一個或多個的用於輸送有非常高屈服應力值的流體的管線的方法，其特徵在於所述管線在相鄰的主泵站之間細分成單個的延伸段，而且設置一組重新啟動站以限定較短的管線延伸段，每個重新啟動站主要是由一個重新啟動泵和一定存貯量的輔助的重新啟動液體構成，所述存貯量之對應體積等於當成問題時重新啟動站加注的管線容積部分。
全文摘要
用於重新啟動含有高屈服應力值流體輸送管線的操作方法，沿所述管線的一組位置加液的輔助重新啟動液體裝置。所述輔助的液體裝置負責降低流速並在適當的壓力下，以使含於管線內的流體的結構消除並恢復其正常的流動性，從而重新開始正常的操作流速。
文檔編號F17D1/14GK1081751SQ9310269
公開日1994年2月9日 申請日期1993年2月17日 優先權日1992年2月18日
發明者D·艾克蘭尼 申請人:斯南普羅吉蒂聯合股票公司